基于RT量子器件的数字电路设计

摘要

为了更大程度地提高集成电路的集成度,使它能够继续按照摩尔定律和等比例缩小规律发展下去,就必须在器件工艺方面取得更大的突破.对于跟器件尺寸密切相关的超大规模集成电路VLSI来说,传统的工艺尺寸已经逐渐不能满足当前集成电路的发展要求,硅片技术迅速发展的势头有可能在十年内(甚至更短的时间内)放慢以至完全停顿下来.这是因为,随着制作在芯片上的传统晶体管及其它电子元件的尺寸越来越小,各种有害的副作用的影响就越来越突出.而量子器件在这方面有着非常明显的优势,它以其固有的超高速、超高频、超高集成度、高效低功耗等特点,在未来VLSI方面有着及其重要的应用前景,将成为21世纪信息技术的支柱.论文设计了基于RT量子器件的二值与非门与或非门,设计的门电路结构简单,并具有量子器件所具有的速度快、功耗低、集成度高等优点.因此,由它们构成的逻辑电路也具有相同的优点,适合作为大规模集成电路中的单元电路.由于RT量子器件本身所特有的多值特性,因此基于RT器件的多值电路设计受到越来越多的重视,论文首先基于开关序列方法对传统的三值反相器进行了改进,以此为基础将开关序列设计方法推广到四值反相器的设计,并实现了基于RT量子器件的三值与非门、或非门设计.触发器是时序电路核心,论文设计了基于RT量子器件的JK触发器,并在此基础上设计了带直接预置端的边沿型JK触发器.所设计的JK触发器功能强,且与传统的触发器相比,基于RT量子器件的边沿型JK触发器具有量子器件的功耗低、速度快、电路简单等特点.该文设计的JK触发器丰富了量子电路中触发器的种类,使得量子时序电路的设计更为灵活.随着量子电路的飞速发展,由于其本身所特有的高集成度特点,电路的测试必然会成为越来越严重的问题,因此论文在最后就电路中常见的开路、短路故障提出了RT电路的可测试性设计方法,并针对具体的MOBILE电路进行了可测试性设计,PSPICE模拟结果表明达到了可测试的目的.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1数字电路设计的基本概念及方法

1.2量子电路的研究现状

1.3论文的研究重点以及章节安排

第二章RT量子器件及单元电路

2.1共振隧穿二极管RTD

2.1.1共振隧穿二极管的结构

2.1.2共振隧穿二极管RTD的特性

2.1.3共振隧穿二极管RTD的模拟

2.1.4共振隧穿二极管RTD在电路中的应用

2.2共振隧穿三极管RTT

2.2.1共振隧穿三极管RTT的结构

2.2.2共振隧穿三极管RTT的特性及模拟

2.3 MOBILE单元电路

2.3.1 MOBILE单元电路结构及模拟

2.3.2 MOBILE的工作原理

2.4本章小结

第三章基于RT量子器件的二值代数系统实现

3.1二值代数系统理论介绍及电路实现

3.2基于RT量子器件的二值与非门

3.3基于RT量子器件的二值或非门

3.4本章小结

第四章基于RT量子器件的三值代数系统实现

4.1多值逻辑研究现状

4.2三值RTD和三值RTT

4.3三值反相器电路的改进

4.3.1传统RT三值反相器电路

4.3.2开关序列工作原理

4.3.3应用开关序列方法的多值反相器新设计

4.4基于RT量子器件的三值与非门、或非门设计

4.4.1三值门电路设计方法

4.4.2二输入端三值与非门的设计

4.4.3二输入端三值或非门设计

4.5基于RT量子器件的文字电路

4.6本章小结

第五章基于RT量子器件的触发器电路设计

5.1 RS锁存器电路的实现

5.2 D触发器

5.3 JK触发器电路的设计

5.3.1Jk触发器的设计

5.3.2触发器的直接预置控制

5.4本章小节

第六章RT电路的可测试性设计

6.1故障模型及相应制造测试技术

6.2RT电路的基本故障分析与建模

6.3 RT电路可测试性设计方案

6.4本章小结

第七章结论和展望

7.1论文的主要成果

7.2进一步的研究工作

参考文献

附录

作者在硕士学习期间获奖及撰写的论文

致 谢